B AB II TI NJ AU AN PUSTAK A D AN D AS AR TEO RI
2.1. Ti njauan Pustaka Desain adalah kegiatan pemecahan masalah dan inovasi teknologi yang bertujuan untuk mencari solusi terbaik dengan menginformasikan terlebih dahulu gagasan inovatif tersebut ke dalam suatu bentuk model dan kemudian merealisasikannya secara kreatif (Madyana, 1996). Desain alat merupakan proses pengembangan dan perancangan alat, metode atau cara, dan teknik yang dibutuhkan untuk memperbaiki produktivitas suatu proses produksi. 2.1.1. Peneltian Terdahulu Radi (2004) dalam skripsinya yang berjudul “Perancangan alat penyaring tahu sentrifugal” telah melakukan penelitian rancangan dan pembuatan alat penyaring
bubur kedelai dengan gerak sentrifugal dengan prinsip kerja spinner contohnya seperti unit pemeras yang terdapat pada mesin cuci. Metode yang digunakan adalah membuat alat baru dengan pergerakan sentrifugal. Hasil yang didapat adalah sebuah mesin dengan harapan dapat membuat proses produksi menjadi cepat. Nikus (2012) dalam skripsinya yang berjudul “Perancangan Alat Penyaring Tahu Berdasarkan Prinsip Ergonomi”, dengan metode merancang alat baru dengan prinsip seperti milik Radi (2004) dan melihat sisi ergonomis pemakaian alat tersebut. Skripsi ini membahas kurangnya ergonomis pada alat penyaring sederhana yang menyebabkan pekerja mengalami pegal-pegal. Posisi berdiri melakukan aktivitas penyaringan, dimana aktivitas tersebut dilakukan dengan menggoyang- goyangkan beban seberat 30 kg dengan kondisi suhu disekitar tungku sebesar 32ºC. Aktivitas penyaringan yang dilakukan pada kondisi di atas, ternyata menyebabkan keluhan rasa sakit dan pegal-pegal pada bagian tubuh
pekerja. Hasil yang dicapai diharapakan dengan mesin tesebut dapat
memubuat proses penyaringan lebih ergonomis dan produksi berjalan cepat. Mulyana dkk (2013) dalam jurnal penelitian berjudul “Perancangan Alat Penyaringan Dalam Proses Pembuatan Tahu” berhasil mengatasi permasalahanpermasalahan akibat konstruksi yang belum seimbang, yang timbul dalam rancangan model seperti milik Radi (2004). Alat rancangan Mulyana dkk (2013)
4
ini masih bisa terjadi tumpahan bubur kedelai yang akan disaring apabila volume bubur yang dimasukkan terlalu banyak, lebih banyak dari volume yang ditentukan. Kejadian ini disebabkan oleh adanya kenaikan cairan pada dinding tabung yang diputar sebagai akibat adanya gaya sentripetal tabung. 2.1.2. Peneltian Sekarang Penelitian yang dikerjakan oleh peneliti adalah memodifikasi mesin penyaringan bubur kedelai, dengan pergerakan mengayun untuk proses penyaringannya. Perbaikan yang dilakukan peneliti menuju pada proses pergerakan alat penyaring agar didapatkan hasil yang stabil, kuantitas naik, tidak terjadi luapan bubur kedelai yang akan menyampur pada hasil penyaringan (seperti kasus sebelum-sebelumnya). Hasil penelitian nantinya berupa mesin penyaring bubur kedelai. Metode yang digunakan adalah metode kreatif, sehingga dapat memecahkan masalah yang telah dijelaskan di awal. Berikut ini adalah tabel perbedaan antar penelitian yang terdahulu dengan penelitian yang sekarang :
5
Tabel 2.1. Tabel Perbandingan Hasil Perancangan dan Pembuatan Antar Peneliti
Deskripsi
Radi (2004)
Proses
produksi
memakan
Masalah
waktu
lama.
Nikus (2012)
dihadapi
(2013)
Penelitian Sekarang (2014)
Kurangnya
Konstruksi
tidak
Proses
ergonomis pada alat
seimbang
yang
memakan
penyaring
pada alat sehingga
lama,
terjadi
penyaringan
sederhana
yang
Mulyana dkk
yang
gerakan
produksi waktu hasil
mengakibatkan
berlebih
pada
bubur
kedelai
pegawai mengalami
operator
yang
tidak stabil kulitas
pegal-pegal.
mengakibatkan
dan kuantitasnya.
cedera ringan.
Metode Penulisan
Survey
Interview
Perbaikan
Perbaikan
proses produksi
Perbaikan alat
agar ergonomis
agar
alat
Metode kreatif
konstruksi
seimbang Interview
Tools
Data eksperimen
Data interview
Analisa
Brainstorming
Perhitungan
Brainstorming
Perhitungan
Autocad
Autocad
mekanis
mekanis
Autocad
Autocad
Catia Interview Morphological chart
Output
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
Mesin penyaring
Mesin penyaring
Mesin penyaring
Mesin
dengan sentrifugal
gerak
dengan
dengan
penyaring
mempertimbangk
modifikasi
dengan
an
konstruksi
pergerakan
aspek
ergonomis
6
mengayun.
Tabel 2.2. Lanjutan
Deskripsi
Radi (2004)
Nikus (2012)
Hasil
Outcome
dapat
Mulyana dkk (2013)
Penelitian Sekarang (2014)
Hasil pengujian
Hasil penelitian
Hasil
membuat
digunakan
dimanfaatkan
perancangan
proses
untuk produksi
home
dan pembuatan
penyaringan
sehingga tidak
mesin
lebih ergonomis
ada
digunakan pada
sehingga
pergerakan
industry kecil
proses berjalan
berlebih
lancar
mesin.
dan
cepat.
lagi
Tahu Kembang. Diseminarkan di
dari
industry
seminar
nasional
UGM
tanggal 1 Juni 2015.
Materi pembelajaran
2.2. Dasar Teori Proses penelitian pembuatan skripsi tentang perancangan dan pembuatan mesin penyaring bubur kedelai ini ditujukan untuk mengatasi masalah yang terjadi pada home industry Tahu Kembang. Penelitian ini menggunakan teori-teori yang telah ada dan telah dikembangkan agar sesuai dengan proses perancangan. 2.2.1. Metode Perancangan Metode perancangan adalah berupa prosedur, teknik-teknik, bantuan-bantuan, atau peralatan untuk merancang. Metode perancangan menggambarkan aktifitas dengan
jelas
yang
memungkinkan
perancang
menggunakan
dan
mengkombinasikan proses secara keseluruhan, meskipun beberapa metode perancangan masih konvensional namun telah terjadi pertumbuhan yang penting pada tahun-tahun ini. Prosedur yang tidak lagi konvensional lebih dikelompokkan bersama dan dikenal dengan metode perancangan Cross (1994). Macammacam metode kreatif yang dikenal, yaitu : a. Brainstorming Brainstorming dapat didefinisikan sebagai suatu cara untuk mendapatakan banyak ide dari sekelompok orang dalam waktu singkat. Metode ini bertujuan untuk merangsang sekelompok orang untuk menghasilkan ide sebanyak-
7
banyaknya dengan waktu cepat. Kelompok ini terdiri dari berbagai macammacam orang yang memiliki kemampuan berbeda-beda atau tidak homogen, serta mengerti permasalahan yang sedang dihadapi dan aturan dalam brainstorming. Aturan yang digunakan adalah: i. Kelompok haruslah bersifat non-hierarkial dan terdiri 4 sampai 8 orang. ii. Kelompok diharapkan menghasilkan sebanyak-banyaknya jumlah gagasan atau ide. iii. Setiap orang tidak dibenarkan memberikan kritik terhadap setiap gagasan. iv. Gagasan yang terlihat aneh tetap diterima. v. Usahakan setiap gagasan dinyatakan secara singkat dan jelas. vi. Suasana dalam brainstorming berlangsung rileks, tenang, dan bebas. b. Synectics Synectics adalah suatu aktivitas kelompok yang mencoba membangun, mengkombinasikan dan mengembangkan gagasan-gagasan untuk memberikan solusi kreatif terhadap permasalahan perancangan melalui penggunaan berbagai analogi. Synectics bertujuan untuk mengarahkan aktivitas spontan pemikiran ke arah eksplorasi dan transformasi masalah-masalah perancangan. Ciri-ciri synectics adalah tidak mengenal adanya kritik terhadap ide orang lain, pencapaian akhir berupa suatu solusi tunggal dimulai dengan pernyataan permasalahan
dari
klien
atau
pihak
manajemen
perusahaan,
dan
membangkitkan analogi para peserta. Analogi digunakan untuk membantu membuat pengenalan akan sesuatu yang asing dan untuk membuka batas pengembangan ide yang diupayakan seimajinatif mungkin. Perbedaan synectics dengan brainstorming adalah dalam synectics lebih mengarah pada usaha keras untuk menghasilkan solusi tunggal yang lebih khusus, tidak lagi membangkitkan sebanyak mungkin ide. Metode pelaksanaan synectics meliputi: i.
Membentuk kelompok yang terdiri dari anggota yang selektif.
ii.
Melatih para anggota kelompok dalam menggunakan analogi untuk membangkitkan aktivitas spontan otak terhadap persoalan.
iii.
Memaparkan masalah perancangan kepada kelompok sama seperti yang dinyatakan oleh klien atau pihak manajemen perusahaan.
iv.
Menggunakan banyak analogi, diantaranya adalah analogi langsung, analogi personal, analogi simbolik, dan analogi fantasi.
8
c. Perluasan Daerah Penelitian Suatu kondisi biasa dari batas mental untuk berfikir kreatif adalah untuk mengambil batas tipis sampai dimana suatu pemecahan itu dicari. Beberapa teknik kreatifitas merupakan bantuan untuk memperluas area penelitian, yang meliputi tranformasi, masukan acak, perancangan banding. d. Proses Kreatif Rangkaian pemikiran yang agak mirip seringkali terjadi di pemikiran kreatif, dimana para ahli ilmu jiwa menemukan bahwa ada pola umum ini. Pola-pola itu antara lain: i.
Recognition adalah realisasi pertama ataupun pengakuan bahwa masalah itu ada.
ii.
Preparation adalah aplikasi dari usaha yang dilakukan dengan sengaja untuk memahami masalah tersebut.
iii.
Incubation adalah periode untuk meninggalkan pemikiran tersebut dalam pikiran, yang membuat alam bawah sadar seseorang mulai bekerja.
iv.
Illumination adalah persepsi ataupun formulasi dari ide intinya.
v.
Vertification adalah kerja keras untuk mengembangkan dan menguji ide tersebut.
2.2.2. Morphological Chart Morphological chart adalah suatu daftar atau ringkasan dari analisis perubahan bentuk secara sistematis untuk mengetahui bagaimana bentuk suatu produk dibuat. Morphological chart ini di dalamnya dibuat kombinasi dari berbagai kemungkinan solusi untuk membentuk produk-produk yang berbeda atau bervariasi. Kombinasi yang berbeda dari sub solusi dapat dipilih dari chart, sehingga memungkinkan dapat menuju solusi baru yang belum terindentifikasi sebelumnya. Morphological chart berisi elemen-elemen, komponen-komponen atau sub-sub solusi yang lengkap yang dapat dikombinasikan. (Cross, 1989) 2.2.3. Weighted Objective Metode Weighted Objective ini menyediakan peralatan untuk memperkirakan dan membandingkan
alternatif
perancangan
yang
menggunakan
perbedaan
pembobotan obyektif. Metode ini menetapkan pembobotan numerik untuk obyektif dan nilai numerik untuk pelaksanakan alternatif perancangan yang diukur terhadap obyektif.
9
Tujuan metode ini adalah untuk membandingkan nilai-nilai kegunaan usulan perancangan
alternatif
pada
basis
pelaksanakan
terhadap
perbedaan
pembobotan obyektif. Langkah-langkah dalam evaluasi alternative mengunakan metode Weighted Objective adalah: a. Pilih kriteria berdasarkan persyaratan yang telah dilakukan dengan tim kreatif b. Pilihlan 3 sampai 5 konsep untuk diseleksi c. Menetapkan bobot untuk tiap kriteria, kriteria harus sesuai dengan kepentingan dari tim kreatif, untuk menentukan faktor bobot kriteria disarankan membandingkan antar kriteria (peringkat bobot dapat berupa skala 1 sampai 5 atau memutuskan seluruh jumlah bobot missal 100 atau 1) d. Buatlah matriks dengan kriteria sebagai baris dan konsep atau solusi dalam kolom e. Tentukan nilai atribut bagaimana solusi dapat memenuhi kriteria f. Hitung nilai keseluruhan setiap konsep dengan menjumlahkan skor pada setiap kriteria g. Solusi dengan skor tertinggi adalah solusi yang akan dipilih. 2.2.4. Kesetimbangan Kesetimbangan dipakai untuk mencari kesetimbangan suatu sistem dalam rangkaian. Rumus ini dikembangkan dengan penguraian gaya – gaya aksi reaksi pada sistem tersebut. Sesuai bunyi hukum Newton 1 yakni jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap. ƩF = 0
( 2.1 )
Di mana : ƩF = Gaya – gaya yang bekerja 2.2.5. Transmisi Putar Transmisi pada umumnya dimaksudkan suatu mekanisme yang dipergunakan untuk memindahkan gerakan elemen mesin yang satu ke gerakan elemen mesin yang kedua. Gerakan ini dapat memiliki berbagai sifat, seperti umpamanya pada mekanisme batang hubung engkol, di mana gerakan putar sebuah poros dipindahkan ke gerakan lurus sebuah torak atau sebaliknya. (Stolk dan Kross , 1994) Transmisi putar dibagi menjadi 2, yaitu:
10
a. Transmisi langsung, di mana sebuah piringan atau roda pada poros yang satu dapat menggerakkan roda serupa itu pada poros kedua melalui kontak langsung. Transimisi ini seperti kontak langsung suatu pergerakan antar roda gigi satu ke roda gigi dua.
Gambar 2.1. Transmisi Langsung (Sumber : Elemen mesin elemen konstruksi bangunan mesin)
b. Transmisi penghubung, transmisi yang menggunakan sebuah penghubung antara. Penghubung ini dapat berupa sabuk atau rantai. Penghubung ini dapat diterapkan apabila jarak antara dua buah poros yang sejajar cukup jauh. Transmisi ini yang akan bekerja sebagai pemindah gerakan dari satu poros ke poros lainnya adalah gaya gesek. Transmisi ini seperti suatu system pergerakan antara pulley satu ke pulley dua yang dihubungkan dengan sabuk, pergerakan antara gear satu ke gear dua yang dihubungkan dengan rantai.
Gambar 2.2. Transmisi Penghubung (Sumber : Elemen mesin elemen konstruksi bangunan mesin) 2.2.5.1. Roda Gigi Roda gigi ini dibedakan menjadi 3 keadaan sesuai dengan kedudukan yang diambil oleh poros yang satu terhadap yang lain, yaitu: a. Poros sejajar satu sama lain: roda gigi silindrik.
11
Bentuk dasar roda gigi ini adalah dua buah silinder yang saling bersinggungan menurut sebuah garis lukis. Kedudukan gigi dapat sejajar dengan garis lukis silinder (gigi lurus), atau membuat sudut dengan garis lukis silinder (gigi sekrup)
Gambar 2.3. Roda Gigi Silindrik (Sumber : Elemen mesin elemen konstruksi bangunan mesin) b. Poros saling memotong: roda gigi kerucut. Bentuk dasarnya ialah dua buah kerucut dengan puncak gabungan yang saling menyinggung menurut sebuah garis lukis. Gigi dapat lurus,artinya garis lukis gigi saling memotong di puncak kerucut, miring, atau melengkung.
Gambar 2.4. Roda Gigi Kerucut (Sumber : Elemen mesin elemen konstruksi bangunan mesin) c. Poros saling menyilang: roda gigi sekrup dan roda gigi cacing (worm gear). Bentuk roda gigi ini bisa bermacam-macam akan tetapi garis sumbunya saling menyilang terhadap sumbu lain.
12
Gambar 2.5. Roda Gigi Sekrup (Sumber : Elemen mesin elemen konstruksi bangunan mesin) 2.2.5.2. Sabuk ( Belt ) Sabuk adalah salah satu penghubung dari suatu transmisi putar di mana menghubungkan puli penggerak ke puli kedua dengan tujuan memindahkan daya. Cara kerja sabuk yakni puli penggerak membawa sabuk bergerak, pada gilirannya sabuk akan menggerakkan puli kedua yang digerakkan lewat gesekan antara sabuk dan puli penggerak. Gesekan ini ditimbulkan oleh gaya yang bekerja dalam kedua bagian puli. Gaya yang bekerja pada suatu partikel sabuk tidak dalam keadaan setimbang, sebab setiap partikel sabuk di tempat puli menjalani suatu tempuh lingkaran. Sabuk dibedakan menjadi 3 macam, yaitu: a. Sabuk Rata Sabuk rata adalah sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari suatu puli dengan permukaan puli rata sehingga permukaan sabuk rata. Sabuk ini terbuat dari bahan kulit berteras dan kulit khom. Ujung sabuk penggerak dapat disambung dengan sengkan jepit, kait, ensel, atau lebih baik menggunakan lem.
Gambar 2.6. Sabuk Rata (Sumber : Dasar Perencanaan dan pemilihan Elemen Mesin)
13
b. Sabuk V ( V-Belt ) Sabuk V adalah sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari suatu puli dengan permukaan puli memiliki alur berbentuk trapesium. Sabuk ini memiliki kawat baja sebagai tubuh sabuk penarik. Sabuk ini mempunyai keuntungan berupa ketenangan sempurna dan dapat meredam getaran.
Gambar 2.7. Sabuk V (Sumber : Dasar Perencanaan dan pemilihan Elemen Mesin) c. Sabuk Gigi ( Timing Belt ) Sabuk gigi adalah sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari suatu puli bergerigi menuju ke puli bergerigi lainnya. Sabuk ini tersusun dari kawat tarik dari baja, kawat kaca, atau serat nilon dengan bungkus bahan buatan dan diperlengkapi dengan gigi yang suaian dalam rongga dalam puli. Persamaannya dengan rantai adalah sabuk gigi memberikan gerakan yang dipaksakan. Sabuk ini juga memiliki ketenangan sempura dan kelembutan dalam mentransmisikan.
Gambar 2.8. Sabuk Gigi (Sumber : Dasar Perencanaan dan pemilihan Elemen Mesin) Perhitungan yang digunakan dalam sabuk Rumus berikut menurut sumber buku Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 176-177 adalah perhitungan yang digunakan dalam sabuk.
i. Daya rencana (Pd) Pd = fc × P Dengan: fc = Faktor koreksi P = Daya (kW)
14
( 2.2 )
ii. Momen Rencana T = 9,74 x 105 x
( 2.3 )
Dimana: T
= Momen rencana (kg.mm)
n1 = putaran poros yang digerakkan iii. Kecepatan sabuk V=
( 2.4 )
Keterangan: dp = Diameter puli penggerak (mm) Dp = Diameter puli yang digerakkan (mm) np = Putaran motor (rpm) v
= Kecepatan sabuk (m/s)
iv. Panjang keliling (L) (
L=
)
( 2.5 )
dp = Diameter puli motor (m) Dp = Diameter puli poros (m) L
= Panjang keliling sabuk (mm)
C = Jarak sumbu poros (mm) v. Jarak sumbu poros (C) b = (2 x L) – 3,14 (dp +Dp) √
C=
( 2.6 )
Keterangan: L
= Panjang keliling sabuk (mm)
dp = Diameter puli penggerak (mm) Dp = Diameter puli yang digerakkan (mm) C = Jarak sumbu poros sebenarnya (mm) vi. Sudut kontak (θ) θ = 180° − Keterangan: L
= Panjang keliling sabuk (mm)
15
( 2.7 )
θ
= Sudut kontak
dp = Diameter puli penggerak (mm) Dp = Diameter puli yang digerakkan (mm) C = Jarak sumbu poros sebenarnya (mm) 2.2.5.3. Rantai Rantai adalah suatu alat penghubung transmisi dengan permukaan alat penerus daya bergerigi. Rantai tidak dapat selip karena itu rantai tidak memerlukan tegangan awal. Rantai memerlukan pelumasan dan perlindungan dari debu agar tidak mudah aus karena gesekan berlebih akibat debu menempel atau kurangnya pelumasan. 2.2.6. Bantalan Gelinding Bantalan gelinding adalah suatu komponen yang berfungsi untuk mengurangi gesekan kerja sehingga tidak menimbulkan panas pada pembebanan yang sama pada suatu sistem yang bergerak berputar.
Gambar 2.9. Bantalan Gelinding (Sumber : Elemen mesin elemen konstruksi bangunan mesin) 2.2.7. Poros Poros merupakan salah satu bagian dari setiap mesin penting, karena hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran, oleh karenanya poros memegang peranan utama dalam transmisi dalam sebuah mesin. Poros dibedakan menjadi tiga macam berdasarkan penerusan dayanya (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2002) yaitu : a. Poros Transmisi Poros macam ini mendapatkan beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk dan sprocker rantai dll. b. Spindel
16
Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran yang disebut spindel. Syarat utama yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasi harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. c. Gandar Poros seperti dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban punter, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar hanya memperoleh beban lentur kecuali jika digerakkan oleh penggerak dia akan mengalami beban puntir juga. Perhitungan gaya yang terjadi pada poros Rumus berikut menurut sumber buku Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 26-28 adalah perhitungan gaya yang terjadi pada poros.
Daya rencana (Pd) Pd = fc × P
( 2.8 )
T = 9,74 x 105 x
( 2.9 )
Dengan: fc
= Faktor koreksi
P = Daya (kW) Momen Rencana
Dimana: T
= Momen rencana (kg.mm)
n1 = putaran poros yang digerakkan (rpm) Pd = Daya yang direncanakan (kW)
2.2.8. Solid Work Solid work merupakan software 3D Mechanical CAD ( computer aided desain) yang dijalankan di atas Microsoft windows dan dikembangkan oleh Dassault System Solid Work Corp. Solid work saat ini digunakan lebih dari 2 juta teknisi dan desainer yang tersebar di 165.000 perusahaan di dunia. Solid work menyediakan 3 template utama dalam pembuatan gambar atau modeling, yaitu :
a. Part Part merupakan sebuah objek 3D yang berbentuk dari features. Sebuah part bisa menjadi sebuah komponen pada suatu rakitan dan bisa juga digambarkan dalam bentuk 2D pada sebuah drawing. Feature adalah bentukan dan operasi-operasi
17
yang membuat part. Base feature merupakan feature yang pertama kali dibuat. Extention file untuk komponen Solid Work adalah .SLDPRT. b. Assembly Assembly merupakan sebuah dokumen dimana parts, features dan assembly lain (sub assembly) dipasangkan atau disatukan bersama. Extention file untuk SolidWork assembly adalah .SLDASM. c. Drawing Drawing merupakan template yang digunakan untuk membuat gambar kerja 2D atau 2D engineering drawing dari single component (part) maupun assembly yang sudah kita buat. Extenton file untuk SolidWork drawing adalah .SLDDRW. Solid Work simulation merupakan tool yang berfungsi untuk menganalisis kekuatan sebuah desain part modeling. Pekerjaan akan mudah dengan adanya simulation ini yang sangat membantu sekali untuk mengurangi kesalahan dalam membuat desain. Akurat tidaknya suatu desain yang dibuat dipengaruhi juga dengan beberapa faktor seperti material benda, restrain (bagian diam dari part), dan loads (beban) yang diberikan.
18
